專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)量光纖應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖應(yīng)力實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種自動(dòng)測(cè)量光纖應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)裝置。
二、技術(shù)背景目前光纖應(yīng)變傳感的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是分布式光纖應(yīng)變傳感器，在土木、水利、交通、石化、電力、醫(yī)療、機(jī)械、動(dòng)力、船舶、航空、航天等各領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用，因此在光纖上產(chǎn)生應(yīng)力，通過(guò)布里淵光時(shí)域反射儀(BOTDR)測(cè)量光纖應(yīng)力，分析光纖的應(yīng)力應(yīng)變特性，對(duì)與工程應(yīng)用中具有很重要的指導(dǎo)意義。
通常對(duì)光纖應(yīng)力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的裝置中，在光纖上產(chǎn)生應(yīng)力的最常見(jiàn)的有三種方法懸臂梁法、機(jī)械拉伸法和懸掛重物法。
1、懸臂梁法懸臂梁法在光纖的應(yīng)用中常用于光纖光柵的應(yīng)力測(cè)量，這種方法也可用于普通光纖，即將光纖粘附在等懸臂梁上面，在懸臂梁的自由端加載重物，使得懸臂梁產(chǎn)生應(yīng)變，從而在光纖上產(chǎn)生應(yīng)力。這種方法的缺點(diǎn)是應(yīng)力通過(guò)懸掛重物產(chǎn)生，因而受重物的質(zhì)量限制并且難以連續(xù)調(diào)節(jié)；光纖是粘附在等懸臂梁表面，因此應(yīng)力的大小受等懸臂梁所能承受的負(fù)載的限制，測(cè)量長(zhǎng)度也受梁長(zhǎng)限制。
2、機(jī)械拉伸法這種方法是將光纖的一端固定不動(dòng)，通過(guò)機(jī)械裝置細(xì)微移動(dòng)光纖的另一端，從而改變光纖上應(yīng)力大小。這種方法的缺點(diǎn)是需要精密的機(jī)械裝置，否則測(cè)量將不準(zhǔn)確；光纖的測(cè)量長(zhǎng)度受裝置的限制。
2、懸掛重物法這種方法與懸臂梁法類(lèi)似，只是并不將光纖粘附在懸臂梁上，而是將光纖的一端固定以后，通過(guò)重物拉動(dòng)光纖的另一端，從而在光纖上產(chǎn)生應(yīng)力。這種方法也有懸臂梁法的缺點(diǎn)應(yīng)力受懸掛重物限制。
同時(shí)以上三種方法都有共同的缺點(diǎn)手動(dòng)測(cè)量，無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種測(cè)量光纖應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置采用簡(jiǎn)單易行的方法對(duì)光纖的應(yīng)力特性進(jìn)行測(cè)量，具有自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。
本發(fā)明目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
一種測(cè)量光纖應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于它包括控制器、拉力傳感器、步進(jìn)電機(jī)、布里淵光時(shí)域反射儀和夾具，待測(cè)量光纖段的兩端由夾具夾持固定；待測(cè)量光纖段的一端通過(guò)夾具與用來(lái)拉動(dòng)光纖的步進(jìn)電機(jī)連接，另一端與用來(lái)向控制器傳送數(shù)據(jù)的拉力傳感器和測(cè)量光纖應(yīng)變的布里淵光時(shí)域反射儀連接；拉力傳感器和步進(jìn)電機(jī)均與控制器連接。
本發(fā)明在測(cè)量的時(shí)候可以直接通過(guò)控制器來(lái)控制，也可以將控制器與計(jì)算機(jī)相連，通過(guò)程序控制實(shí)驗(yàn)裝置。
本發(fā)明中采用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力拉動(dòng)光纖，控制器根據(jù)拉力傳感器的值來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)控制。通過(guò)夾具夾持測(cè)量光纖，并可通過(guò)夾具改變測(cè)量光纖長(zhǎng)度，測(cè)量距離長(zhǎng)；同時(shí)光纖的測(cè)量長(zhǎng)度可動(dòng)態(tài)變化，測(cè)量范圍大。采用拉力傳感器感應(yīng)應(yīng)力的大小，可以得到應(yīng)力的絕對(duì)值；采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，通過(guò)控制器進(jìn)行自動(dòng)控制，簡(jiǎn)單方便。本發(fā)明所測(cè)量的應(yīng)力測(cè)量范圍為0～49N；應(yīng)力測(cè)量精度為0.01N；光纖測(cè)量長(zhǎng)度為0.1m～15m。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)調(diào)節(jié)，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確；測(cè)量距離長(zhǎng)，操作簡(jiǎn)單、方便。
四

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明測(cè)量原理示意圖；圖3是本發(fā)明中控制器的結(jié)構(gòu)圖。
五具體實(shí)施例方式
一種本發(fā)明所述的測(cè)量光纖應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)裝置，包括控制器1、拉力傳感器2、步進(jìn)電機(jī)3、布里淵光時(shí)域反射儀4和夾具5。夾具5分為左右兩個(gè)。在待測(cè)量光纖中選取一部分作為待測(cè)量光纖段6，待測(cè)量光纖段6的兩端分別由兩個(gè)夾具5夾持固定；待測(cè)量光纖段6的一端通過(guò)夾具5與步進(jìn)電機(jī)3連接，步進(jìn)電機(jī)3拉動(dòng)夾具5移動(dòng)，并拉伸待測(cè)量光纖段6，在光纖上產(chǎn)生應(yīng)力；待測(cè)量光纖段6另一端與拉力傳感器2和布里淵光時(shí)域反射儀4連接，拉力傳感器2用來(lái)向控制器1傳送應(yīng)力數(shù)據(jù)，布里淵光時(shí)域反射儀4用來(lái)測(cè)量光纖應(yīng)力。拉力傳感器2和步進(jìn)電機(jī)3均與控制器1連接。在測(cè)量時(shí)，可以將控制器1與計(jì)算機(jī)7相連，通過(guò)程序控制實(shí)驗(yàn)裝置；也可以直接通過(guò)控制器1來(lái)控制。
本發(fā)明通過(guò)步進(jìn)電機(jī)3拉伸待測(cè)量光纖段6，由拉力傳感器2感應(yīng)光纖上應(yīng)力的大小，控制器1根據(jù)應(yīng)力值來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)3的轉(zhuǎn)角。步進(jìn)電機(jī)3轉(zhuǎn)角的控制和應(yīng)力的顯示可以通過(guò)鍵盤(pán)和數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以連接到計(jì)算機(jī)上通過(guò)程序來(lái)設(shè)置和顯示。改變夾具5夾持的距離即可改變待測(cè)量光纖段6的長(zhǎng)度。
控制器1包括顯示模塊通過(guò)數(shù)碼管顯示；鍵盤(pán)模塊設(shè)置光纖的應(yīng)力或者步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角；傳感器模塊傳感光纖應(yīng)力的大小，送給處理器；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，拉伸光纖；串口通信模塊與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)控制整個(gè)裝置；處理器通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制時(shí)，計(jì)算機(jī)7通過(guò)RS232串口與控制器1相連，在程序中設(shè)置步進(jìn)電機(jī)3的轉(zhuǎn)角，從控制器1返回應(yīng)力的大??；或者設(shè)置需要對(duì)待測(cè)量光纖段6施加的應(yīng)力，返回步進(jìn)電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定以后，通過(guò)BOTDR 4測(cè)量此時(shí)光纖的應(yīng)力。
通過(guò)控制器1直接控制時(shí)，通過(guò)控制器1的鍵盤(pán)輸入需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，按確定鍵后步進(jìn)電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，數(shù)碼管上顯示應(yīng)力值，系統(tǒng)穩(wěn)定以后通過(guò)BOTDR 4測(cè)量此時(shí)光纖的應(yīng)力；或者通過(guò)控制器1的鍵盤(pán)輸入想在待測(cè)量光纖段6上產(chǎn)生的應(yīng)力，按確定鍵后步進(jìn)電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)，拉伸光纖，通過(guò)傳感器2感應(yīng)應(yīng)力大小，如果達(dá)到所需要的應(yīng)力，則停止轉(zhuǎn)動(dòng)，否則繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一直到達(dá)到要求為止。系統(tǒng)穩(wěn)定以后通過(guò)BOTDR 4測(cè)量光纖的應(yīng)力。
本發(fā)明具有自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確；測(cè)量距離長(zhǎng)且可以調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單、方便。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量光纖應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于它包括控制器(1)、拉力傳感器(2)、步進(jìn)電機(jī)(3)、布里淵光時(shí)域反射儀(4)和夾具(5)，待測(cè)量光纖段(6)的兩端由夾具(5)夾持固定；待測(cè)量光纖段(6)的一端通過(guò)夾具(5)與用來(lái)拉動(dòng)光纖的步進(jìn)電機(jī)(3)連接，另一端與用來(lái)向控制器(1)傳送數(shù)據(jù)的拉力傳感器(2)和測(cè)量光纖應(yīng)變的布里淵光時(shí)域反射儀(4)連接；拉力傳感器(2)和步進(jìn)電機(jī)(3)均與控制器(1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量光纖應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述控制器(1)與計(jì)算機(jī)(7)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)量光纖應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)裝置，包括控制器、拉力傳感器、步進(jìn)電機(jī)、布里淵光時(shí)域反射儀和夾具，待測(cè)量光纖段的兩端由夾具夾持固定；待測(cè)量光纖段的一端與用來(lái)拉動(dòng)光纖的步進(jìn)電機(jī)連接，另一端與用來(lái)向控制器傳送數(shù)據(jù)的拉力傳感器和測(cè)量光纖應(yīng)變的布里淵光時(shí)域反射儀連接；拉力傳感器和步進(jìn)電機(jī)均與控制器連接。本發(fā)明在測(cè)量時(shí)可以直接通過(guò)控制器來(lái)控制，也可以通過(guò)與控制器連接的計(jì)算機(jī)來(lái)控制。本發(fā)明具有自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確；測(cè)量距離長(zhǎng)且可以調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單、方便。它在光纖應(yīng)力實(shí)驗(yàn)中具有極大的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N3/00GK1731136SQ200510094120
公開(kāi)日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者張旭蘋(píng), 劉躍輝, 董玉明, 路元?jiǎng)?申請(qǐng)人:南京大學(xué)